《科學》文章：植物免疫關鍵機制被破解

生物通報道：來自美國康奈爾大學的研究人員的一項最新研究確定了植物免疫響應過程中的一個關鍵信號——水楊酸甲酯（methylsalicylate）。這種類似阿司匹林的物質能夠提升植物免疫系統的“警戒等級”。研究的相關論文發表在10月5日的《科學》雜志上，該研究成果有望使科學家改造植物的防御能力。

早在100多年前，研究人員就已經知道植物也會通過某種信號途徑來引發整個植物體的免疫抵抗。這種作用稱為系統性獲得抗性（systemic acquired resistance），植物被入侵部分發出的信號會傳播到其他未被感染的部分。

系統獲得性抗性是指，植物的某個局部受到逆境因子的侵染的時候，會產生逆境信號物質，在其他非侵染部位甚至植物整體和個體之間誘導產生對這種逆境的抗性機制。名詞中所謂的系統，是指在植物整體甚至植物的小環境范圍內產生抗性，獲得意指必須有外在的逆境因子危害才能產生。例如植物在受到病菌的侵染的時候，會在遠離侵染部位的器官或組織內產生抗菌蛋白，以抵御病菌的進一步侵染。

論文通訊作者、美國康奈爾大學植物研究所的Daniel F.Klessig表示，利用新的發現，科學家可以通過基因技術改變該信號途徑，從而提升植物的自身防御能力，提高作物產量，并減少殺蟲劑的使用。

1990年，Klessig的小組報告說，水楊酸和一氧化氮是植物中兩種關鍵的防御信號路徑。2003年和2005年，該小組在《美國國家科學院院刊》上發表文章稱，一種名為SABP2的蛋白酶是植物系統獲得抗病性所必需的，它能夠使水楊酸甲酯轉化成水楊酸。

在這些研究中，Klessig等人發現，植物受到病原體攻擊后，它們在感染部位制造出水楊酸來激活防御機制。其中一些水楊酸會轉化成水楊酸甲酯，后者通過SABP2蛋白重新形成水楊酸。此外，研究還表明，在未被感染的植物葉子中，SABP2必須十分活躍，才能導致系統獲得抗病性完全形成。與之相比，在被感染的葉子中，SABP2必須通過與水楊酸結合，從而使活性受到抑制。盡管這項新的研究意義重大，但科學家仍對一個問題迷惑不解，那就是為何植物要如此麻煩地將水楊酸甲酯傳輸到未感染的組織，而不直接傳輸水楊酸。

在植物和病原菌的相互關系的研究中，基因對基因的學說是一種主流理論，即病原菌具有毒基因和無毒基因，寄主植物具有感病基因和抗性基因，只有當攜帶無毒基因的病原菌感染攜帶有抗性基因的的寄主植物時，才會誘導植物產生抗性，否則就會導致植物被感染致病。但是該理論還認為，植物無論是攜帶感病基因還是抗病基因，都具有潛在的抗性能力，植物和病原物之間的專化性是建立在受體識別的水平上的，因為目前發現的所有植物抗病基因，都是編碼受體蛋白的基因。也就是說，植物的抗性機制在所有抗病或不抗病小種中的基因中是固有的，抗性發揮與否，取決于植物－病原物基因－基因識別的性質，不發揮抗性只是因為植物和病原物之間的基因配合不是無毒基因和抗病基因的組合而已，并不意味著植物本身不具備抗病能力，而使這種能力沒有被激發誘導。

附：植物主動抗性的組成包括如下：

局部獲得性抗性（LIR）：在逆境因子的誘導下，在受侵染部位產生并局限在受侵染部位的抗性機制。包括超敏反應和木質素，胼胝質等的形成，植保素的積累。

系統獲得性抗性是指，植物的某個局部受到逆境因子的侵染的時候，會產生逆境信號物質，在其他非侵染部位甚至植物整體和個體之間誘導產生對這種逆境的抗性機制。名詞中所謂的系統，是指在植物整體甚至植物的小環境范圍內產生抗性，獲得意指必須有外在的逆境因子危害才能產生。例如植物在受到病菌的侵染的時候，會在遠離侵染部位的器官或組織內產生抗菌蛋白，以抵御病菌的進一步侵染。

誘導性系統抗性（ISR）：是由寄生在植物根部的有益菌，或者稱為植物生長促進菌誘導產生的對逆境和病害的系統抗性，這種抗性與系統獲得性抗性有所區別的是，它是有益菌誘導產生的，而系統獲得性抗性是有害因子誘導產生的，其次介導ISR的信息物質是茉莉酸和乙烯，而介導SAR的信息物質是水楊酸；最重要的是在ISR中，沒有SAR具有的幾丁質酶等病程相關蛋白的產生，關于誘導性系統抗性的機制，目前正在探索之中。

系統傷害反應（SWR）：系統傷害反應也是系統獲得性抗性的一種　，是植物受到昆蟲和草食性動物傷害后產生的系統反應，通過乙烯、茉莉酸等信息物質誘導植物全面的防御機制。

誘導性基因沉默（IGS）：IGS被認為是植物對抗病毒侵染的一種抗性機制。病毒的繁殖依賴大量的DNA轉錄和殼蛋白的合成，但是局部的細胞內某種特定的基因過度表達，會在相鄰位置的細胞內誘導對這種基因表達的強烈抑制，即所謂的誘導性基因沉默。植物通過這種機制可以抑制病毒在細胞間的傳播。